仿真图形技术结合实体模型在互易电路中的应用

铁卫华

摘 要：仿真图形技术是电路开发和研制的方便平台，文章以仿真图形技术结合实体模型应用于互易电路为例，对仿真图形技术、实体模型和实际工程电路的递进关系作具体论述。

关键词：仿真图形技术；实体模型；互易电路；递进关系；结合应用

中图分类号：TN70 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）21-0143-02

Abstract： Simulation graphics technology is a convenient platform for circuit development and development. Taking the application of simulation graphics technology combined with solid model in reciprocal circuit as an example， the progressive relationship between simulation graphics technology， entity model and practical engineering circuit is discussed in detail.

Keywords： simulation graphics technology； entity model； reciprocity circuit； progressive relationship； combined application

1 仿真图形技术的简介

仿真图形技术应用于电路分析中，最早是以SPICE图形编程仿真形式出现的，它大概有三个基本的特点，第一是用标准元件电路图直接代替实际电路进行仿真运行；第二是利用类似于高级编程语言的SPICE语句，根据用户要求编写过程程序语句；第三是利用软件类图形输出器，输出用户想要得到的电路中各物理量的波形结果。之后在SPICE图形编程仿真形式基础上，出现了许多不需要SPICE语句而直接利用仿真图形输出结果的软件，例如Multisim、LabVIEW、Matlab的simulink系列产品等，这些软件被广泛应用于实际工程电路的研发之中。

2 仿真图形技术与实体模型的关系

仿真图形技术类的软件，有着直观和便捷的对电路分析的优点，研发人员进行某一种电路开发和研制时，在对电路的各参数進行配置和进行电路优化处理方面，很大程度上提高了效率。经仿真图形技术类的软件测试通过的电路，当然可以直接应用于实际工程电路。但若将该电路先制作成实际工程电路所对应的实体模型电路（本文简称实体模型），可以更好更充分的考虑实际工程可能出现的因地理因素、施工因素等原因对电路的影响，进一步提高电路的安全性和可靠性。仿真图形技术对应的是标准电路图（美欧标准），而实体模型对应的是模拟实体电路接线图，它们之间是一种递进关系。

3 实体模型和实际工程电路的关系

实际工程电路是最终的标准化电路（我国国标）产品，而实体模型可以看作是这种产品的小型化，虽是小型化，但模拟的电量参数关系是相应的真实比例关系。因此，由实体模型到实际工程电路也是一种递进关系。

4 在互易电路分析中的结合

现以互易电路为例具体分析一下以上所述的三种递进关系。

4.1 互易电路的原理电路

图1为网孔数为N+1个的二端口互易电路，这类型的电路之所被称为“互易电路”是因为同一电源在这类电路的两个端口间单独互换作用时，输出效果是相同的，同一电源在电路中可以进行位置“互易”。

在端口1、2之间加一个电压源uS，同时将端子3和端子4连接，得到电流I34（设该电流的瞬时参考方向为由右侧流入Ran）；同样，端口3、4之间加同一电压源uS，同时将端子1和端子2连接，得到电流I12（设该电流的瞬时参考方向为由左侧流入Ra1），则I34=I12。

以上相等关系的证明推导如下：（设有效值US=U12= U34）

第一级2网孔二端口互易电路的结果为：

利用逐级电路递推，可以得到3网孔二端口互易电路，……，N+1个网孔二端口互易电路的结果都是一致的。

这类电路可以作为单相供电电路的标准电路，其中的Ra1+Ra2+……+Ran可看作相线的等效电阻（或阻抗），Rb1+ Rb2+……+ Rbn可看作零线的等效电阻（或阻抗），而Ra1、Ra2、……、Ran则可表示所接的各等效负载电阻。二端口的左、右二个端口可以看作整个电路网络系统的进线或出线。

4.2 仿真图形技术软件在互易电路中的应用

图3和图4是利用仿真图形软件Multisim制作的3网孔二端口互易电路（应指出美欧标准的电阻或阻抗的符号与我国标准是不一样的，另外仿真电路中电源的负极或假设的瞬时负极均要求作接地处理），其中电压源为220V单相交流电，线路每段的等效电阻（假设线路供电距离不长）均设定为1Ω，两个负载分别为100Ω和300Ω。图3中交流电流表输出的电流为I34，其值即36.025A；图4中交流电流表输出的电流为I12，其值也为36.025A。说明3网孔二端口互易电路的实际仿真结果是正确的。利用这个电路可以进行实际工程电路的接线安装了，但这样的电路与实际工程电路还是存在差别的，以上述电路为例，实际工程中相、零线为一并敷设且相线上均装设开关类设备，与仿真存在一定差别。

4.3 实体模型

图2为3个网孔互易电路实体模型，与图3作比较不难看出实体模型是由仿真电路递进形成的，具体为：负载1的开关接相线，在开关的相线进线端处分线到负载2，第一段的相线和零线在实体模型中，刻意被画成平行方式，目的是突出两组线的实际工程位置是并排敷设关系；电阻Ra11表示由并排敷设进线后相线单独进入开关的线路的等效电阻，对应图3中应为Ra1需增加的一个小等效值；电阻Ra12表示的是从负载的开关分出的相线到第二段相线之间的线路的等效电阻。这样经实体模型处理后，与实际工程电路的吻合度变得更好了。若需要模拟实际工程电路的运行情况，实体模型就更有优势了。例如模拟由负载1开关出线引起的断线问题，这时可以将电阻Ra12断开即可。

5 结束语

仿真图形技术类的软件为电气工程技术人员提供了开发和研制实际工程电路的方便平台，若在仿真图形和实际工程电路中，加入实体模型，形成三者的递进关系对整个工程的完成有着有益的补充。

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